Experimentelle Untersuchung von umfangsunsymmetrischen Dampfturbinenbeschaufelungen und von Temperaturausgleichsphänomenen an einer 2-stufigen Versuchsturbine

Strömungsoptimierungen mit Hilfe von komplexen Geometrieformen besitzen noch immer ein vielversprechendes Potential, um die Effizienz von Turbinen bei gleichen thermodynamischen Eintrittsbedingungen zu erhöhen. Passive Maßnahmen sind vor der hohen Bedeutung der Verfügbarkeit von Kraftwerksturbinen gegenüber aktiven zu bevorzugen. Hochkomplexe dreidimensionale Profilformen wurden bereits in mehreren Arbeiten untersucht und sind in einer Vielzahl von Kraftwerksturbinen implementiert. In den vergangenen Jahren wurden auch vermehrt vielversprechende Ergebnisse seitenwandkonturierter Beschaufelungen zur Strömungsoptimierung veröffentlicht. Die vorliegende Arbeit befasst sich daher im ersten Teil mit der Untersuchung seitenwandkonturierter Beschaufelungen. Die gewählte Geometrieform zeichnet sich durch eine einfache Fertigung aus und kann in bestehende Turbinen, beispielsweise in einem Retrofit-Prozess, implementiert werden. Im zweiten Teil der Arbeit werden Temperaturausgleichsphänomene untersucht, die in Gasturbinen infolge der Temperaturungleichförmigkeit am Brennkammeraustritt für die Lebensdauer der Maschine von Bedeutung sind. Der Strömungspfad und das Ausmischungsverhalten der sogenannten Heißgassträhnen müssen daher bekannt sein. Zu dieser Thematik wurden in den vergangenen Jahren mehrere Arbeiten veröffentlicht, deren Fokus die Untersuchung der Temperaturausgleichsphänomene im Hauptströmungskanal war. Experimentell erfolgten die Untersuchungen mit Hilfe von Kaskadenprüfständen, so dass die Effekte und Einflüsse der Leckage-/Hauptströmungsinteraktion nicht berücksichtigt wurden. In der vorliegenden Arbeit werden daher die Ausgleichsmechanismen in der Deckbandkavität und deren Interaktion mit der Hauptströmung analysiert.